《网络协议工程》课程教学大纲.doc

网络协议工程课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称（中/英文）：网络协议工程/Network Protocol Engineering2、课程性质：专业必修3、周学时/学分：4/34、授课对象：网络工程专业5、参考书目：(1) Andrew S. Tannenbaum. Computer Networks, Fourth Edition M. Pearson Education,2004(2) William Stallings, Computer Networking with Internet Protocols and Technology, Prentis Hall,2003计算机网络互联网协议与技术(英文版), 电子工业出版社, 2006.8(3) Douglas E.Comer. Internetworking with TCP/IP Vol.1: Principles, Protocols, and Architecture (5th Edition) M. Pearson Education,Inc, 2006(4) Jianping Wu , Samuel T. Chanson , Quiang Gao Formal Methods for Protocol Engineering and Distributed Systems (5) 古天龙.网络协议的形式化分析与设计（Formal Analysis and Design for Networking Protocol）M.电子工业出版社，2003(6) 龚正虎.计算机网络协议工程M. 长沙 : 国防科技大学出版社，1993二、课程简介本课程为软件学院网络工程专业的必修课，学分为3分，周学时为4学时，理论课总学时为54学时，课程的实验总学时为18学时。课堂理论教学方面：在全面复习计算机网络原理基本内容基础上，首先拓展介绍除TCP/IP协议之外的计算机网络有关的关键问题和协议，然后从工程角度介绍网络协议工程的概念和方法学，介绍网络协议工程的主要环节，重点介绍FSM、Petri网、进程代数等形式化的网络协议工程方法学，同时简要介绍SDL、LOTOS、Estelle等网络协议形式化描述方法，在此基础上，介绍网络协议测试过程和TTCN网络协议测试方法。并以课程报告的形式，介绍网络软件体系、中间件服务和体系、Web计算体系、XML应用技术等前沿技术。课程实践项目：结合网络软件体系、中间件服务和体系、移动分布式计算、Web计算体系、XML应用技术、WAP协议体系、工作流管理系统等前沿技术，罗列主要的协议标准、技术体系、开源代码和框架形成课程实践项目。由学生选择研究学习内容，形成项目小组，教师指导，学生利用互联网进行相关技术的学习。本环节重点在于学生技能的培养。先修课程：学习本课程之前，要求学生先修课程计算机网络原理。课程教学内容分为课堂理论教学、前沿技术讲座、面向学生技能培养的课程实践项目两个个方面。三、教学目的与基本要求教学目的与基本要求：通过本门课程的学习，要求学生：熟练掌握协议服务模型、服务原语等网络协议工程基本概念；掌握网络协议工程的方法学和主要环节、协议测试的目的和环节；掌握FSM、Petri网、进程代数、SDL、LOTOS、Estelle等网络协议形式化描述方法学、网络协议测试方法学、基于中间件的多层软件体系、XML应用技术和Web计算体系的关键概念；初步了解网络协议工程的形式化方法、工作流、WAP协议栈；培养学生利用互联网自我学习的方法、团体精神、自我规划管理能力、项目执行能力、技术报告编写方法。主要教学方法：课堂讲授内容包括课程教学和前沿技术报告，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授，以教师讲授重点、难点问题为主，一般性问题由学生自由阅读，通过课堂提问、讨论，活跃课堂气氛、提高学生的学习积极性。课程实践项目采用教师辅导的方式，由学生形成项目小组，独立完成。通过课程实践项目，加深学生对网络协议实现的理解。四、教学进度表（理论部分） 章次题目教学时数第一部分绪论及网络分层体系设计10学时第二部分网络协议工程概念和方法学概述6学时第三部分FSM概念与扩展4学时第四部分Petri网和着色Petri概念与应用6学时第五部分进程代数、SDL、Estelle和LOTOS简介8学时第六部分协议测试概念和方法10学时第七部分前沿和关键技术报告10学时第八部分课程实践18学时总计72学时五、考核方式和成绩评定办法1、考核方式：根据平时考勤、实验成绩和期末考试成绩进行考核，其中，平时成绩根据课堂考勤进行考核，实验成绩作为期中考试成绩，根据平时实验项目的阶段报告和期末综合报告进行考评。2、成绩评定办法：平时考勤、实验成绩和期末考试成绩分别占课程期末总成绩的10、30和60。六、理论部分（注：包括各章、节教学时数、教学目的、教学重点（难点）、主要教学方法、教学内容、基本概念、作业习题或复习思考题）第一部分 绪论及网络分层体系设计（教学时数10）教学目的：本部分通过拓展介绍网络分层体系设计、网络协议栈、典型的网络协议分层的学习，培养学生的工程思路和能力技能。教学重点：本部分的重点在于学习网络协议本质是什么、工程的方法分析网络协议栈等。教学难点：ATM协议栈体系与IP网络的互联，电信网从PDH到SDH的速率体系，网关的协议栈结构。主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、通过对计算机网络原理的关键内容进行拓展，站在网络协议工程的角度，介绍网络分层思想、协议在网络通信过程中的关键作用、C/S计算模式，从工程角度，分析OSI、TCP/IP、IEEE802、ATM等典型协议栈，了解网络中安全、多媒体通信、有状态无状态协议区分、控制信息和数据信息传输、网络服务透明性、网络管理等关键问题；2、通过拓展介绍除TCP/IP协议之外的计算机网络有关的关键问题和协议，介绍ISDN、电信网络中SDH速率体系、E1/T1接口、HTTP协议、虚链路和虚连接、三网融合等基本概念。本章基本概念：协议工程、协议栈、体系结构、SDH速率体系、虚电路和虚连接。本章思考题：1、结合RPC解释C/S计算模式；2、结合网络分层服务模型，说明网络服务透明性的思想；3、根据E1/T1和SDH阐述电信网络的速率体系；4、三网融合的概念、必要性和目标；5、分析ATM网络和计算机局域网互联的网关协议栈；6、结合ATM网络特性和TCP的虚连接，解释虚链路和虚连接的概念。第二部分 网络协议工程概念和方法学概述（教学时数6）教学目的：本部分教授学生网络协议从需求出发、设计协议、实现协议到测试的工程过程，并掌握网络协议工程的作用、概念、方法学，尤其是注重形式化方法在工程中的作用。教学重点：本章的重点在于网络协议服务模型、服务原语、以及网络协议工程中的主要环节。教学难点：1、服务原语；2、网络协议工程过程；3、形式化方法的引入。主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、通过对网络协议工程过程的学习，包括协议设计、建模、形式化描述、验证、分析、实现和测试，从工程角度了解这些环节的作用；2、从工程角度掌握分层网络协议服务模型、服务定义过程、服务原语概念；3、在服务原语定义基础上，掌握协议定义过程和协议工程自顶向下方法中的主要环节，包括需求分析、体系设计、服务定义、协议定义、协议实现与测试；4、结合协议工程的主要环节，了解引入FSM、Petri网、进程代数、SDL、LOTOS、Estelle等形式化方法的作用，通过协议工程环节中的活动，了解OSI和ITUT协议制定过程的区别；本章基本概念：Protocol engineering、Service、Protocol、Formal methods本章思考题：1、基于分层服务模型，解释什么是服务原语；2、请画出有确认的服务原语交互图和没有确认的服务原语交互图；3、网络协议工程过程中主要的环节有哪些；4、网络协议工程中主要的形式化方法有哪些，为什么在协议工程中引入形式化方法；5、为什么说服务是垂直的，协议是水平的；6、为什么说形式化方法作为开发者提供一种分析方法的同时，还可以作为系统文档、为设计人员和应用人员提供交流的途径？第三部分 FSM概念与扩展（教学时数4）教学目的：本部分首先介绍FSM形式化定义、表示方法（表、图、矩阵）和分类，然后介绍FSM进行协议设计和分析的过程，简要介绍FSM扩展技术，分析典型的采用FSM描述协议的模型案例，如TCP的状态转换图以及可靠数据传输的协议状态模型。教学重点：1、FSM的形式化定义和表示方法；2、典型协议的FSM表示。教学难点：1、To represent FSM；2、How to design FSM；3、CCS算子；4、Pi演算主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、掌握FSM的形式化定义、表示方法（表、图、矩阵表示）和分类，了解FSM进行协议设计和分析的过程；2、初步了解FSM扩展技术；3、掌握采用FSM描述模型的分析方法，理解TCP等典型协议的状态转换图；本章基本概念：FSM、进程代数、CCS算子、Pi演算本章思考题：1、解释FSM的形式化定义，FSM不同表示法的等价性分析；2、分析可靠数据传输的协议状态模型；3、设计TCP连接管理的FSM图。第四部分 Petri网和着色Petri概念与应用（教学时数6）教学目的：本部分在介绍网、网系统、Petri网的形式化定义基础上，介绍着色Petri网的形式化（CPN）定义，然后通过具体协议的Petri网和CPN模型，介绍Petri网和CPN的建模、应用和分析方法，并简单介绍Linux下的CPN建模工具Design/CPN、利用CPN建立的协议模型教学重点：1、Petri网及其形式化定义；2、CPN的形式化定义；3、CPN建模。教学难点： 1、Petri网和CPN的形式化定义；2、Petri网或CPN模型的标识。主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、掌握网、网系统、Petri网的形式化定义；2、了解CPN的形式化定义、Petri网和CPN建模、分析方法；3、建模示例本章基本概念：Petri网、着色Petri网(CPN)、CPN建模。本章思考题：1、解释网、网系统、Petri网的形式化定义；2、着色Petri网的“着色”真正的意义是什么；3、Petri(或着色Petri网)描述协议与FSM描述协议之间的关联性分析。第五部分 进程代数、SDL、Estelle和LOTOS简介（教学时数8）教学目的：本部分对进程代数、SDL、Estelle和LOTOS等形式化描述与建模方法分别进行介绍。教学重点：本章的重点在于形式化方法以及如何用常见的形式化语言来描述技术。教学难点：1、进程代数的各种算子；这些形式化建模方法的来由主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、掌握进程代数描述协议的各种算子的应用，了解进程代数的形成和描述协议的方法，初步了解定义和建立面向工程描述需求的形式化理论思路；2、了解SDL描述技术，通过示例说明SDL描述协议的结构；3、了解Estelle的基本框架和描述技术；4、了解LOTOS的来由与描述技术。学生自己从Internet上或者资料中查找进程代数、SDL、Estelle和LOTOS等形式化方法描述或建模的协议模型，掌握分析方法。本章基本概念：形式化方法、SDL、LOTOS、Estelle本章思考题：1、进程代数中的基本算子是哪些；2、SDL描述协议的结构；第六部分 协议测试概念和方法（教学时数10）教学目的：本部分介绍协议测试的基本概念、协议测试的分类和形式化的协议测试技术TTCN，学习TTCN的概念、相关定义和层次结构。教学重点：本章的重点在于如何验证和测试网络协议。教学难点：1、协议测试主要环节和测试集；2、TTCN描述协议测试的方法。主要教学方法：本部分内容以课堂讲授为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、掌握协议测试的基本概念、协议测试的分类方法以及协议测试的主要过程，从工程角度掌握测试集的作用；2、了解基于FSM测试的方法；3、掌握TTCN的概念、定义和层次结构，了解基于TTCN的抽象测试集描述结构；4、学生自己从Internet上或者资料中查找基于TTCN的抽象测试集描述，掌握分析方法。本章基本概念：验证、分析、测试本章思考题：1、什么是协议测试，为什么说协议测试的基本出发点 只能证明“存在错误”，而不能证明“不存在错误”；2、协议测试分为哪些类型；3、协议测试有哪些主要的环节；4、什么是测试集；5、TTCN是什么，说明基于TTCN进行协议测试描述的层次结构。第七部分 前沿和关键技术报告（教学时数10）教学目的：本课程的关键是协议实现、建模方法和主要前沿技术报告（10学时）教学重点：结合课程题目，穿插介绍目前流行的新技术、新方法，以及它们的主要特点和应用。教学难点：知识面覆盖广，知识更新快，针对学生基础较为薄弱，把关键技术环节以及技术发展的前沿和趋势向学生讲授清楚，从而达到学习本门课程的良好效果和目的。主要教学方法：本部分内容以课堂报告为主，课堂教学采用多媒体投影手段进行讲授。课堂教学主要内容包括以下主要方面：1、TCP的有限状态机分析；2、TCP或应用层关键协议的实现示范性分析；3、多层网络软件体系；4、中间件服务和体系；5、基于中间件的系统集成；6、基于XML的Web计算体系和应用。七、实验实验项目与内容提要：序号项目名称内容提要学时分配要求性质类别所用主要仪器所在实验室123有关说明：1 在实验项目与内容提要的表格中，“内容提要”要求准确，简洁；“学时分配”是指每个实验的学时数；“要求”分为必做和选做两类；“性质”分为验证、演示、综合、设计、创新、研究等六类；“类别”分为基础、专业基础、专业等三类；2 理论课含实验的教学大纲编写要求严格按云南大学本科实验教学工作规范执行。附录2：本课程主要技能培养课程实践题目和项目（18学时）课程实践题目从典型协议标准、技术体系和开源代码和框架选择出来，共近40个题目，并结合新技术的发展，适当增加课程题目。在课堂教学第三周以前对题目进行介绍，由学生选择具体题目或者根据要求自拟题目（自拟题目可以类似所列题目，也可以是某个协议的基于形式化描述方法的形式化模型分析研究），进行研究学习，第五周以前形成题目小组。教师在教学过程中进行5次以上的辅导和讨论（分大组进行），学生利用互联网进行相关技术的学习，大组辅导和讨论同时监督学生学习进展情况。在课程课堂教学和技术报告结束后，学生分组进行报告，每个学生报告时间是：1015分钟，最后学生提交课程大作业报告。一、教学目标和基本要求本课程实验以课程实践题目的方式给出，通过课程实践题目的实施，综合培养学生的能力和素质，训练学生将所学的基础理论付诸于工程实现的能力，帮助学生建立工程思路，在老师指导下独立完成课程实践题目，提升学生自学能力和团队精神。二、原理与课程介绍本课程实验以课程实践题目的方式给出，课程实践题目从典型协议标准、技术体系和开源代码和框架选择出来，共近40个题目，在课堂教学第三周以前对题目进行介绍，由学生选择具体题目或者根据要求自拟题目（自拟题目可以类似所列题目，也可以是某个协议的基于形式化描述方法的形式化模型分析研究），进行研究学习，第五周以前形成题目小组，确定组长和小组成员的分工。教师在教学过程中进行3次以上的辅导和讨论（分大组进行），学生利用互联网进行相关技术的学习，大组辅导和讨论同时监督学生学习进展情况。在课程课堂教学和技术报告结束后，学生分组进行报告，每个学生报告时间是：1015分钟，最后学生提交课程大作业报告。三、课程实践题目列表：Course Projects for “Protocol Engineering”题目名称人数规定分组名单及分工性质类别IIOP34创新性、综合性专业RMI规范及应用34创新性、综合性专业HTTP及其扩展23综合性专业TCP文档及实现分析23综合性、验证专业TCP慢启动机制及实现分析2综合性、验证专业SSL分析与应用23综合性、验证专业IP-Sec分析与应用2综合性、验证专业Radius与802.1x2综合性、验证专业LDAP分析与应用2综合性、设计专业XML解析2综合性、设计专业Servlet原理与开发2创新性、设计专业Struts框架应用3综合性、分析专业Hibernate结构与应用3综合性、分析专业SOAP分析与应用2综合性、设计专业Log4J(log4cpp)2综合性、设计专业WAP 2.0规范分析3综合性、验证专业RDFS和RDF解析分析2综合性、设计专业SVG原理与实现分析2综合性、设计专业W3C的其他XML应用分析综合性、创新性专业J2EE结构分析（如JNDI (LDAP)/JMS/JTS (DTP) /Java Mail/ JDBC等）各12人综合性、创新性设计专业Web服务技术2综合性、验证专业Unicode分析与应用1综合性、设计专业URI/URN/URL1综合性、验证专业彩信的发送原理1综合性、设计专业SMPP（Short Message Peer to Peer）到CMPP（China Mobile Peer to Peer）协议转换2综合性、设计专业XML安全3综合性、设计专业数据库动态连接池2综合性、设计专业其他J2EE开源框架每个方面23人JIVE、JSF、Spring等多种J2EE开源框架，同时基于B/S多层体系的应用服务器关键技术、设计模式等其他中间